Introduction à la géologie et à la méthode magnétotellurique

Introduction à la géologie et à la méthode
magnétotellurique
Pierik Falco
Conférence à la SNA du 19 mai 2006

Table des matières
1 Notions de géologie 1
1.1 La structure interne de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 La chaleur de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 La différentiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.3 Les plaques tectoniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.4 Les types de roches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Le champ magnétique terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Volcanologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1 Types de lave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.2 Textures des laves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.3 Dépôts pyroclastiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.4 Styles d’éruptions et reliefs . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.5 Points chauds (Hot spots) . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.6 Autres phénomènes volcaniques . . . . . . . . . . . . . 19
2 La méthode magnétotellurique 20
2.1 Les champs incidents ou primaires . . . . . . . . . . . . . . . 21
3 Partie expérimentale 24
3.1 La mesure audiomagnétotelluriques (AMT) . . . . . . . . . . 25
Index 27
Bibliographie 29

Table des figures
1.1 Lithosphère, atmosphère, hydrosphère et biosphère . . . . . . 2
1.2 Croûte, manteau et noyau terrestre . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Lithosphère et asthénosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Convection à l’intérieur de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Les trois types de limites de plaques . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 Champ magnétique terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.7 Formation d’une caldeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8 Points chauds (Hot spots) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1 Spectre des fluctuations du champ électromagnétique . . . . . 21
2.2 Approximation schématique des fréquences . . . . . . . . . . . 21
3.1 Dispositif d’une mesure AMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 Photo du dispositif d’une mesure AMT . . . . . . . . . . . . . 26
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Chapitre 1
Notions de géologie
Lagéologie étudie la Terre sous toutes ses formes. Comment s’est-elle formée ? Comment évolue-t-elle ? Comment fonctionne-t-elle ? En effet,
notre planète est un système complexe comprenant la Terre elle-même, l’at-
mosphère, l’hydrosphère (toute l’eau sur la surface de la Terre) et la biosphère
(l’enveloppe où la vie existe). L’énergie nécessaire à diriger ces systèmes vient
de deux sources : d’une part la chaleur interne de la Terre qui provoque les
processus géologiques et d’autre part la radiation solaire qui fournit l’énergie
à la circulation de l’atmosphère et des océans et qui détermine aussi le climat.
La Terre n’est pas un corps solide et l’activité à l’intérieur est autant
complexe qu’importante pour comprendre tous les processus et principes
géologiques. Les sujets qui nous concernent pour ce travail vont être rapide-
ment présentés dans cette introduction. Ces sujets concernent la structure
interne de la Terre. Le premier est la convection dans le manteau qui im-
plique le mouvement des plaques tectoniques et les phénomènes volcaniques.
Le second concerne les processus complexes à l’intérieur du noyau qui in-
duisent un champ magnétique terrestre.1
Cette introduction aura pour but d’apporter ces quelques notions im-
portantes de géologie d’une manière relativement simple afin de mieux com-
prendre l’interprétation de ce travail et surtout pour motiver les raisons qui
nous poussent à effectuer cette étude. [1]
1Bien que ce champ ne soit pas celui mesuré dans cette étude, il est intéressant de
connaître l’origine du magnétisme terrestre.
1

1.1. La structure interne de la Terre
1.1 La structure interne de la Terre
L’âge de la Terre est estimé à environ 4.5milliards d’années. Les pre-
mières cellules vivantes ont commencé à se développer il y a 3.5milliards
d’années. Mais l’origine de l’homme ne remonte elle qu’à quelques millions
d’années. Ces chiffres montrent que les échelles de temps géologiques sont
totalement différentes de celles connues en tant qu’être humain. Cette diffé-
rence peut poser problème lorsqu’on doit étudier des processus géologiques
se déroulant sur plusieurs millions d’années. Tout événement physique lais-
sera par la suite une trace. C’est en observant ces traces qu’il est possible
de « remonter le temps » et de voir des événements produits il y a plusieurs
millions d’années.
1.1.1 La chaleur de la Terre
Pour comprendre la structure stratifiée de la Terre, il est nécessaire de
penser à la période où la Terre subissait de violents impacts avec des corps
très massifs provenant de l’univers. Ces corps transportent une quantité
énorme d’énergie qui se transforme en chaleur lorsqu’ils entrent en collision.
L’impact de la Terre avec un corps de la taille de la planète Mars apporte-
rait suffisament d’énergie pour fondre la quasi totalité de la Terre. Mais cette
explication n’est pas la seule expliquant l’apport de chaleur. Les réactions nu-
cléaires par les désintégrations de l’uranium par exemple apportent aussi une
part de chaleur non négligeable qui continue aujourd’hui encore à maintenir
chaud l’intérieur de notre planète. Ces deux apports de chaleur sont alors
suffisants pour conserver la Terre en fusion et permettre sa différentiation.
Figure 1.1 – La lithosphère, l’atmosphère, l’hydrosphère et la biosphère sont
liées, dirigées par la radiation solaire, la chaleur interne de la Terre et diffé-
rents cycles déterminant le climat.
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